氯盐环境下混凝土中锈蚀钢筋力学性能研究

基于试验、仿真及理论分析,探讨了氯盐环境下混凝土中锈蚀钢筋力学性能的退化规律及其影响机理。采用干湿循环法对钢筋混凝土试件进行了长达两年的锈蚀试验,对214根锈蚀钢筋进行机械拉伸试验。结果表明:当锈蚀程度较轻时,钢筋名义强度随锈蚀率增加呈线性下降;当锈蚀率较大时,钢筋名义、等效强度及延性均随其增加而下降;钢筋力与变形关系曲线中的屈服平台随锈蚀不均匀性增大逐渐缩短甚至消失;钢筋断裂形态与局部锈蚀特征相关,可分为三种类型;同等条件下细直径钢筋的力学性能对锈蚀更敏感。就试验现象进行理论和仿真分析表明:钢筋的实际抗拉强度在锈蚀前后并不降低;名义强度的降低,主要是由于锈损引起钢筋横截面积减小导致抗力减小而造成的;锈蚀引起的截面积减小、缺口效应及附加偏心作用是导致钢筋伸长率减小的主要原因;附加弯矩作用是导致钢筋力与变形关系曲线中屈服平台缩短、消失的主要原因。     

混凝土构件锈蚀胀裂时的钢筋锈蚀率

本文建立了由于钢筋锈蚀导致的混凝土保护层胀裂时的钢筋混凝土构件的力学模型，应用弹性力学理论得到了混凝土保护层胀裂时的钢筋锈蚀率的解析表达式，并讨论了与混凝土保护层胀裂时的钢筋锈蚀率相关的各个影响因素，得到以下结论：随着混凝土保护层厚度和混凝土等级的增加，混凝土胀裂时的钢筋锈蚀率会增大；混凝土内钢筋直径的减小，也会导致混凝土胀裂时钢筋锈蚀率的增加；不同的钢筋锈蚀产物，有着不同的铁锈膨胀率，随着铁锈膨胀率的减小，混凝土保护层胀裂时的钢筋锈蚀率增大；而铁锈的名义弹性模量和名义泊松比对混凝土保护层胀裂时的钢筋锈蚀率影响很小。     

长龄期水工结构中锈蚀钢筋的力学性质研究

河南省白沙水库泄洪闸已运用46年,经对泄洪闸结构中的钢筋锈蚀率以及其他力学指标的取样测定,得到了不同锈蚀率钢筋的力学性能：①随着锈蚀率的增大,钢筋的名义屈服强度和名义极限强度都逐步降低;②随着锈蚀率的增大,钢筋的塑性逐渐降低;③锈蚀率小于5．2％时,极限延伸率的下降不明显;④长龄期水工结构中锈蚀钢筋力学的变化规律与民用建筑的变化规律基本一致。该研究为长龄期水工钢筋混凝土结构的安全性评估提供了参考。     

锈蚀对钢筋混凝土结构的危害及防治研究

钢筋锈蚀后对钢筋混凝土结构所造成的后果是非常严重的。为了解钢筋锈蚀对结构的影响，通过试验的方法来寻求钢筋的锈胀规律以及锈蚀对钢筋与混凝土之间粘结力的影响规律。试验结果表明：潮湿、多盐的环境会促使钢筋锈蚀，较轻微的锈蚀不会造成保护层胀裂；当钢筋锈蚀到一定程度时，会引起保护层顺筋裂缝；钢筋在轻度锈蚀情况下，如果保护层未胀裂，则粘结力仍然较大，粘结力随着锈蚀率的增大而迅速减小。     

负载锈蚀钢筋混凝土梁变形 性能试验研究

通过对不同负荷条件下锈蚀梁的承载力试验,探讨了持荷大小与试件内钢筋锈蚀程度间的关系,分析了钢筋锈蚀率大小对混凝土梁变形性能的影响规律。研究结果表明：负载作用对钢筋锈蚀有促进作用;混凝土强度的后期增长能有效地弥补锈蚀对梁变形造成的不利影响;混凝土强度相近时,随钢筋锈蚀程度增加,锈蚀梁跨中挠度增大,挠度计算时应考虑粘结性能退化引起的抗弯刚度降低的影响。     

受腐蚀钢筋混凝土梁截面延性研究

研究了受腐蚀钢筋混凝土梁的延性特性，分析了受腐蚀梁截面曲率延性系数随钢筋锈蚀率及混凝土劣化系数的演变规律，推导了钢筋与混凝土间粘结退化时受腐蚀梁截面曲率延性计算模型。研究表明，拉压区钢筋在锈蚀初期将导致受腐蚀梁截面曲率延性的提高，但随着钢筋锈蚀率的提高，钢筋与混凝土粘结性能逐渐退化，截面曲率延性系数逐渐降低；混凝土力学性能的劣化作为影响受腐蚀构件延性特性另一主要因素，在受腐蚀钢筋混凝土构件的受力研究中不容忽略。为受腐蚀钢筋混凝土构件受力研究及可靠度评价提供了理论依据。     

超高韧性水泥基复合材料与锈蚀钢筋的梁式黏结试验研究

采用超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)能够有效提升水工结构构件的抗氯盐侵蚀能力。然而,在长期氯盐环境侵蚀作用下,结构内部钢筋仍然可能遭受一定程度锈蚀,进而可能影响钢筋与基体材料的黏结性能。本文通过梁式界面黏结试验,对比研究锈蚀对钢筋与UHTCC、混凝土间界面黏结性能的影响。试验结果表明,与混凝土对比试件不同,UHTCC试件均呈现出延性的拔出破坏模式,以及完整的黏结滑移全曲线。在试验的锈蚀范围内,UHTCC试件并未发生锈胀开裂,而且UHTCC中的钢筋锈蚀较混凝土中更为均匀。UHTCC试件的黏结强度随锈蚀率先增大后降低,在14%锈蚀范围内黏结强度基本没有下降,锈蚀率约16%时强度仅下降5%。在16%锈蚀范围内,UHTCC试件的黏结韧性下降仅为5%。     

钢筋锈蚀率的概率模型及时变可靠度分析

氯离子引起的钢筋锈蚀是导致钢筋混凝土结构性能劣化的主要原因,因此有必要对钢筋锈蚀率的计算进行详细研究。考虑钢筋锈蚀过程中各影响因素的不确定性,将钢筋初锈时间和保护层开裂时间作为随机变量,首先分3种情况建立钢筋锈蚀率的计算模型;然后通过Monte Carlo模拟对锈蚀率进行概率分析,确定锈蚀率的概率分布类型和统计参数,最后根据收集的试验数据建立钢筋混凝土受弯构件剩余承载力与钢筋锈蚀率的关系,对受腐钢筋混凝土受弯构件进行时变可靠度分析。研究表明:钢筋锈蚀率服从正态-正态双峰分布;暴露时间越长,钢筋未锈蚀和混凝土保护层未开裂的概率越小;构件可靠度随时间的增加明显降低。     

钢筋混凝土构件的均匀钢筋锈胀力的机理研究

本文应用弹性力学知识进行理论分析，结合已有的研究成果，提出了由钢筋均匀锈蚀导致的外围混凝土保护层胀裂时刻和胀裂以前的钢筋锈胀力计算公式，并探讨了与钢筋锈胀力相关的各个影响因素，认为：钢筋锈蚀率对钢筋锈胀力的影响最大，随钢筋锈蚀率增加，钢筋锈胀力迅速增加；混凝土等级对钢筋锈胀力影响甚微，而影响构件外围混凝土保护层胀裂时刻钢筋锈胀力终值的大小；钢筋锈胀力随混凝土保护层厚度的增加而略有增加，但与钢筋直径的增加则相反；同时钢筋直径对钢筋锈胀力的影响程度要大于混凝土保护层厚度的影响。     

锈蚀对钢筋混凝土冲击回波特性的影响试验研究

通过室内试验,采用弹性波检测的方法研究锈蚀对钢筋混凝土冲击回波的影响规律,以此来确定冲击弹性波波速、加速度频谱与锈蚀程度的关系,建立了锈蚀时间与加速度频谱面积的关系曲线。试验结论表明,在尺寸为100 mm×100 mm×400 mm的钢筋混凝土试件中,弹性波波速随着锈蚀时间的增长而减小,当锈蚀时间在96 h时,波速平均下降31%;加速度频谱面积随着锈蚀时间的增长而减小,当锈蚀时间在96 h时,频谱面积平均下降57%;在尺寸为100 mm×200 mm×1850 mm的钢筋混凝土试件中,弹性波波速随着锈蚀时间的增长而减小,在锈蚀时间在72 h时,波速平均下降8%以上;加速度频谱面积平均下降74%。通过理论分析解释了上述试验现象,并提出了一种采用冲击回波特性来测量钢筋锈蚀的新方法,为土木水利工程混凝土无损检测提供参考。     

混凝土结构内锈蚀钢筋的疲劳研究综述

腐蚀环境和反复荷载共同作用下混凝土结构的疲劳问题愈发突出,特别是混凝土结构在荷载作用下产生和发展的裂缝为腐蚀介质提供了快速传输通道,引起开裂区域钢筋局部坑蚀。动态荷载作用下疲劳裂纹在蚀坑底部形成并扩展,导致钢筋脆性断裂,进而导致混凝土构件的疲劳失效。回顾并分析了混凝土裂缝对钢筋疲劳性能的影响、坑蚀钢筋疲劳性能研究进展和基于弱磁效应的钢筋疲劳研究,指出掌握坑蚀钢筋的裂纹扩展行为是进行服役混凝土结构疲劳寿命预测的关键。弱磁效应能够实时地表征锈蚀钢筋的疲劳断裂行为,建立基于弱磁理论的锈蚀钢筋等效裂纹扩展长度和应力强度因子变幅表征方法,是服役钢筋混凝土结构疲劳寿命预测的一个创新方法。     

锈蚀钢筋混凝土梁截面协同工作系数研究

本文将锈蚀钢筋混凝土梁视为由锈蚀钢筋和混凝土组成的组合梁,以锈蚀钢筋与混凝土之间的变形协调条件为依据,引入反映锈蚀钢筋混凝土力学性能的本构关系和锈蚀钢筋和混凝土之间的黏结-滑移本构关系,推导出以纵向受拉钢筋拉力表达的锈蚀梁非线性微分方程。通过求解该微分方程,给出了考虑黏结滑移的锈蚀梁非线性解析解和截面协同工作系数理论表达式,使锈蚀钢筋黏结强度降低系数与截面协同工作系数之间得到了统一。文中还对影响截面协同工作系数的因素,即锈蚀量特征值、荷载作用形式及截面位置进行了讨论,并与试验归纳总结的截面协同工作系数进行了比较分析,说明了该理论表达式的合理性。     

混凝土中钢筋不均匀锈胀的数值模拟及锈蚀产物量的预测

基于实际工程中锈蚀钢筋的取样检测分析，提出了钢筋不均匀锈蚀的动态轮廓线模型，通过改变模型中的锈层厚度系数，得到了不同锈蚀程度的钢筋作用于孔洞周围混凝土的锈胀位移，用有限元软件ANSYS8.0模拟了锈胀过程，得到了锈胀裂缝扩展到混凝土表面时的临界锈层厚度系数, 在此基础上推导了胀裂时锈蚀产物量的预测公式。通过试验数据对本文提出的方法进行了验证，结果表明锈胀开裂的数值模拟和胀裂时锈蚀产物量的预测结果与试验结果吻合较好。     

水下自护混凝土与钢筋握裹力试验研究

随着水下自护混凝土技术的推广和应用,其关键工艺参数水下保护剂浓度对水下自护钢筋混凝土结构性能的影响成为关注的热点。基于水下自护技术,在常用工作浓度范围内,对水下自护混凝土的素混凝土力学性能、混凝土与钢筋握裹力、微观孔隙结构开展了试验研究。试验结果表明：在不同水下保护剂浓度下,水下自护素混凝土抗压强度水陆强度比均超过80%;混凝土与钢筋握裹力水陆强度比约在40%～65%,水下保护剂浓度越高,混凝土与钢筋握裹力水陆强度比越低;混凝土基质区域孔隙率和混凝土与钢筋握裹力存在负相关关系;水下保护剂能够有效提升水下自护混凝土的力学性能,但水下保护剂浓度的提升会对混凝土与钢筋握裹力强度造成不利影响。因此,合理选择水下保护剂浓度并增加钢筋用量是提升水下自护钢筋混凝土工程的可靠性的重要举措。     

强腐蚀环境下锚索强度指标及表观特性试验研究

利用自行制做的试验装置,以配制出的强腐蚀环境土为介质,对非预应力锚索和预应力锚索的裸筋以及对有注浆缺陷的锚索试件进行了腐蚀试验,从外观腐蚀状况和腐蚀后的钢绞线力学性能的改变特性进行了研究.结果表明:从外观上看,预应力锚索试件的腐蚀程度总体上比非预应力试件的腐蚀程度要重,含注浆缺陷的锚索试件的腐蚀程度比裸筋的腐蚀程度要重...     

不同保护层厚度下微锈蚀钢筋混凝土粘结性能梁式试验研究

采用稳压恒流电源对钢筋进行加速锈蚀,通过法拉第定律控制锈蚀量,对微锈蚀钢筋混凝土梁式试件进行粘结性能试验研究,并依据试验结果开展理论分析。试验测量了试件角部的钢筋和底边中部的钢筋在不同保护层厚度下的钢筋各点的应变,由测得应变,通过微段平衡求解出各测点的粘结应力。根据各测点的粘结应力拟合出粘结应力沿整个锚固长度的变化曲线。并结合试件自由端的荷载－滑移曲线分析保护层厚度、钢筋位置、锈蚀程度对试件粘结性能的影响。试验结果表明,钢筋的轻微锈蚀提高了试件的极限粘结强度,但使粘结应力沿锚固长度的分布更不均匀,降低了锚固长度的利用率;另外,位于梁底中部钢筋的粘结强度要高于位于梁底角部钢筋,同时,保护层厚度的增加有利于粘结强度的提高。     

H＋Hat 组合型钢板桩结构性能研究

H＋Hat 组合型钢板桩构造简单、抗弯刚度大、可反复使用且经济性好,具有广泛的应用前景,但在国内尚未应用而缺乏验证。通过理论计算、室内试验、现场原位试验和数值模拟等手段对H＋Hat 组合型钢板桩的截面抗弯、锁口抗拉及锁口止水等结构性能进行了研究。研究结果显示：H＋Hat 组合型钢板桩具有比普通钢板桩更大的抗弯截面模量,且其抗弯工作性能良好;锁口抗拉容许强度远大于其实际运行的抗拉强度;锁口止水性能不差于普通钢板桩。研究为H＋Hat 组合型钢板桩在基坑、码头、船坞、围堰、库岸等工程中的推广应用提供了依据。